20. Пригодность теплоустойчивых сталей к сварке плавлением. Принципиальный технологический процесс сварки .

Теплоустойчивые стали принципиально пригодны для руч­ной дуговой сварки при условии применения специальных тех­нологических мер, связанных со склонностью сталей к образова­нию холодных трещин.

Химический состав и принятый для получения необходимых служебных характеристик принцип упрочнения делают теплоус­тойчивые стали весьма чувствительными к образованию малопластичных закалочных структур при сварке и, как следствие, к образованию холодных трещин. Это косвенно подтверждают вы­сокие значения эквивалентного углерода (0,5-1,1%) и параметра трещинообразования (0,35-0,45), рассчитанного при условии со­держания диффузионного водорода в металле шва на низком уровне — не более 2 мл/100 г. Их пре­дельные значения составляют соответственно 0,45 и 0,3%. Предот­вратить появление трещин в зоне термического влияния при низ­ком содержании водорода в металле шва и при действии растяги­вающих, в том числе сварочных, напряжений представляется воз­можным только путем регулирования термического цикла сварки и получения цикла со сниженной до необходимого уровня скоро­стью охлаждения металла. Это может быть достигнуто принуди­тельным подогревом стали в месте сварки (предварительным и со­путствующим) и/или за счет повышения эффективной погонной энергии главным образом путем увеличения силы тока.

При сварке теплоустойчивых сталей предпочтение отдают предварительному подогреву металла и ведению процесса сварки на умеренных или малых по сварочному току режимах. Это обус­ловлено тем, что подогрев одновременно позволяет снизить воз­никающие при сварке напряжения вследствие уменьшения разни­цы температур металла в зоне сварки и на периферии. Подогрев в заметно меньшей степени по сравнению со сваркой на форсиро­ванных по току режимах способен вызвать разупрочнение стали в зоне термического влияния на участках неполной перекристалли­зации и отпуска (см. рис. 19) из-за сокращенного времени пребы­вания металла в области опасных температур. Появление такой разупрочненной прослойки с более низкой, чем у основного ме­талла твердостью приводит к снижению длительной прочности сварных соединений. Это явление более характерно для сварки конструкций из хромомолибденованадиевых сталей. Кроме того, сварка с подогревом на умеренных и малых режимах не приводит к потере вязкости стали вследствие роста зерна на участке пере­грева зоны термического влияния.

Следует заметить, что ухудшение механических свойств ста­ли в зоне термического влияния, связанное с разупрочнением и снижением вязкости, может наблюдаться не только при сварке на завышенных погонных энергиях, но также и при сварке с излиш­не высокими температурами подогрева. Поэтому верхние пре­дельные температуры принудительного нагрева сталей ограничи­вают. При положительной температуре воздуха она не должна превышать в зависимости от марки стали перлитного класса и толщины свариваемого элемента 200~350°С (для стали мартенситного класса — 350~400°С).

Понятно, что сварку конструкции из теплоустойчивых ста­лей необходимо проводить электродами, гарантирующими после надлежащей термообработки получение металла шва с возможно меньшим содержанием диффузионного водорода — реально не более 5 мл/100

С целью улучшения эксплуатационных характеристик свар­ных соединений непосредственно после сварки следует прово­дить высокий отпуск, который стабилизирует структуру зоны термического влияния основного металла и металла шва, снима­ет остаточные сварочные напряжения и удаляет большую часть растворенного в металле шва водорода. При этом температура от­пуска не должна опускаться ниже определенного заданного зна­чения. Так, температура отпуска сварных соединений из хромо­молибденованадиевых сталей должна быть не ниже 700°С. В про­тивном случае имеет место выделение из твердого раствора мел­кодисперсных карбидов ванадия, приводящее к охрупчиванию стали в околошовном участке и к возможному локальному разру­шению сварных конструкций при их эксплуатации.